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什么是对撞机,杨振宁为什么反对建造它?

2020-07-30 00:31阅读(99)

什么是对撞机,杨振宁为什么反对建造它?:这是一个很好的问题,我是坚定的杨振宁先生支持者,我反对现阶段中国建造大型粒子对撞机。一个不太恰当的例子什么是对

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这是一个很好的问题,我是坚定的杨振宁先生支持者,我反对现阶段中国建造大型粒子对撞机。

一个不太恰当的例子

什么是对撞机,这个问题不是一两句话说得清,我举个不太恰当的例子说明一下吧:

如果有一天,大伙捡到外星高等文明不慎遗落的UFO,得赶紧研究以便山寨造福人类,那怎么研究呢?按照套路,常规做法是,拆散了,然后,看。

科学家却说,咱们没法子拆,因为拆不开;咱们也没法子看,因为眼睛不好使。我们只能把整只UFO加速,让它们对撞!如果飞出个方向盘,我们就知道UFO里有方向盘;如果飞出一套沙发,就判定UFO里有沙发。如果飞不出东西了,那就再加速!反正撞出越多的东西来,咱们对这外星机密的理解就越深刻!

目前最前沿的高能物理,大体上就是这个道理。

杨振宁先生给出了“物质到底是什么”的终极答案,而要验证这份答案是否正确,我们目前使用最多也是唯一的工具,就是大型粒子对撞机!

可以说,大型粒子对撞机,目前完美的证明了杨振宁先生理论的正确性。

但要再深入一步,了解到杨振宁先生未能涉及的引力部分,我们还无能为力。

因此,是按照旧套路来,继续加大能级,烧更多滴钱,造更大的粒子对装机,还是另选捷径,就有了讨论的价值。

杨振宁先生的态度和招黑的起源

翁帆曾经讲述过杨振宁对大型对撞机的态度:

“1978年中央领导向杨先生征求关于建造高能加速器的意见,杨先生知道,当时这个项目已经被作为国家战略发展计划之一,有关方面非常期待他表态支持。但是他认为,中国在“文革”结束、百废待兴之时可做的事情很多,大加速器项目不是当务之急。于是他不附和任何人的意见,而是坚持自己的想法,坚决反对这个项目上马。

2016年多名外国诺贝尔奖得主建议中国造超大型对撞机,杨先生于9月初在网上发表一文《中国今天不宜建造超大对撞机》,又引起许多同行的不满。他知道写这样的文章会得罪人,但是他必须说真话。”

今天网络上很多好事之人,从所谓的私德出发,以得道高僧的标准评价杨振宁先生,我向来是不耻的。至于被动了奶酪的利益集团,狗急跳墙之辈,蝇营狗苟之徒,满嘴喷粪,只能徒增笑耳!

但作为技术争论本身,却是一件好事。

争论本身是一件好事

杨振宁先生近些年来,引起极大的社会关注度,其中最重要的一点,就是实名反对中国现阶段建造大型粒子对撞机。

中国大型对撞机到底值不值得的争论,本身是一件大好事。科学界,特别是中国科学界长久以来,就难得与社会产生直接互动,更不用说承担基本的科学知识启蒙。这次的争论,就给了普通的群众一个了解大型科技项目的机会。

杨振宁先生反对的理由

本猫是坚定的杨振宁观点支持者。我将杨振宁先生的意见整理为以下几点,我的主要观点引用出自杨振宁先生2016年9月4日在微信公众号“知识分子”发表的文章《中国今天不宜建造超大对撞机》。有兴趣的同学可以移步详细学习一下。

1、美国的超导超级对撞机(SSC)下马,浪费了30亿美元,大型粒子对撞机是个无底洞。——科学界摸美国过河,好过摸石头过河。

2、中国还是发展中国家,农民问题、环保问题、教育问题、医药健康问题等等更需要钱。——钱多也得用在刀刃上。

3、建造超大对撞机必将大大挤压其他基础科学的经费,包括生命科学、凝聚态物理、天文物理等等。——其实我们国家的钱也没同学们想象的那么多,要用钱的地方也没同学们想象的那么少。

4、多数物理学家认为超对称粒子只是猜想,验证超弦理论只有0.0001%的几率。——按照理论基础来讲,此项目出成果几率相当相当相当的小。

5、高能物理的成就对人类现实生活不会带来实在好处。——就算万一成功了,产出比也实在太低。

6、大型对撞机的设计、运转和分析,落成后仍旧由外国人主导,中国只是做嫁衣。——现在国内还不具备整体领军实力,只能为他人作嫁衣裳,何不量力而行,先完善自己短板,再充大头。

7、不建大型对撞机,高能物理还至少有两个不那么费钱的方向值得探索:寻找新加速器原理和寻找美妙的几何结构。——以过来的人身份讲,路不止一条,何必自己把自己堵死在一条道上呢?

结语

欢迎理智的讨论,喷子滚远点!

我是猫先生,感谢阅读。

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主张建造大型对撞机的王贻芳和反对建造的杨振宁同为高能物理学家


高能物理主要研究组成物质的基本粒子以及它们和各种射线的相互作用关系
,由于基本粒子很少以单个形式出现在大自然中所以高能物理学家们只能建造“加速器和对撞机”来人工生产高能粒子并研究它们。

对撞机基本原理就是将原子或者亚原子粒子加速到接近光速的水平,然后让它们撞在一起从而碎裂成结构更小的粒子来让高能物理学家们研究它们,因此高能物理一般也可以被称为粒子物理。


上世纪80年代到90年代,随着基础理论的重大突破逐渐放慢脚步,国际高能物理学界开始着手验证已经诞生了数十年的粒子物理学各项理论。但所谓“工欲善其事必先利其器”,想验证理论正确与否就必须先拥有达到验证能级的大型对撞机才行,所以哪里先拥有大型对撞机哪里就是未来20年高能物理的世界中心。

在“高能物理世界中心”的鼓舞下美国和欧洲都开始建造大型对撞机

美国代号为SSC的超级对撞机项目最初报上去的预算是44亿美元但施工过程中仅前期设备和隧道挖掘部分就消耗了20亿美元,美国政府意识到如果执意要建成的话造价可能会逼近200亿美元,所以美国在花了20亿美元后“及时止损”停止了大型对撞机项目。

相比美国的“半途而废”欧洲代号LHC的大型强子对撞机倒是在2008年顺利建成了,但付出的代价却是原本26亿美元的预算膨胀成了2008年的110亿美元造价,而欧洲也“如愿以偿”成为了高能物理的世界中心。

但仅仅10年后今天的欧洲LHC就已经有些“力不从心”了,因为它的功率和轨道周长已经不再能满足实验需要,高能物理学界开始鼓动欧洲建造新的功率更大的对撞机,并且又说“哪里建造功率更大的对撞机,哪里就是未来20年高能物理学的世界中心”

中科院高能物理所所长王贻芳很想让中国成为“高能物理的世界中心”

2012年时高能所提出了建造大型环形正负电子对撞机(CEPC)的计划,尽管王贻芳宣称预算只需要360亿人民币,但杨振宁作为高能物理学界泰山北斗般的人物认为360亿人民币只是个开始。

所以杨振宁反对中国目前建造大型对撞机,他认为应该把有限的科研经费用到“刀刃”上,毕竟高能物理就算取得突破也需要半个世纪甚至更久才能转化为技术,中国现在完全不需要上赶着建大对撞机。

在杨振宁的理想里中国大型对撞机的建造时间应该在20年以后

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对撞机是高能物理领域的重要设备,目的就是让微观粒子相撞,产生新粒子研究新性质。相撞的粒子主要包括电子、强子以及质子等。而王贻芳院士主张建造的对撞机是环形正负电子对撞机,第一阶段投入经费大约是360亿人民币。如果第一阶段取得巨大成就,那么可以把电子对撞机改成质子对撞机,继续该领域的深入研究。整个过程下来差不多半个多世纪就过去了。

王贻芳院士主张建造CEPC也是有着充足原因的,首先在该领域未来的发展主要就集中在希格斯粒子性质的研究上,没有对撞机就撞不出希格斯粒子,那么中国的高能物理依旧是跟着别人后边在跑的,不可能取得什么成就。中国如果建造成功环形正负电子对撞机,那么就可以产生“大量”的希格斯粒子。这里为什么要用引号哪?实际上希格斯粒子寿命非常的短,并且产生条件极其苛刻,要先研究它的性质是非常难的事情。没有大型粒子对撞机是完全做不到的。

2012年欧洲核子研究中心的LHC发现了希格斯粒子,把粒子物理标准模型的最后一块拼图找到了,后续对于希格斯粒子的研究很可能会诞生多个诺奖。

但是环形正负电子对撞机的建造是要花大价钱的,第一期投入就是360亿人民币,之后的第二期以及维护将会更交消耗资金。并且中国目前缺少这方面的人才储备,当对撞机建造完成后,可能会有大量其他国家的科学家参与进来,这是在给别人做嫁衣。

杨振宁并不反对大型的粒子对撞机本身,而是在根据我国国情以及高能物理可能发展的前景在给出自己的建议,那就是暂时不要建造环形正负电子对撞机。王贻芳院士希望中国可以尽快的开始建造环形正负电子对撞机将,尽量的在2030年完成一期工程,这将早于欧洲的FCC十年的时间,这十年就是一个空档期,中国高能物理发展的几乎。

杨振宁和王贻芳对于是否建造环形正负电子对撞机的出发点不同,最终的结论也不相同,但个人认为终归是有错误的一方,至于哪种结果正确只能用时间来证明。中国的一个明星偷漏税都能达到数亿元,我想建造这么一个对撞机多去抓点这样的明星,一切资金就都有来源了。


文/科学黑洞,图片来源网络侵删。

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近些年来大众最熟知的中国物理学家有三个人,分别是潘建伟和杨振宁以及王贻芳,其中潘建伟是量子通信的,杨振宁和王贻芳则是高能物理同行

高能物理不仅在字面上很“高能”,在实际研究过程中也很“耗能”,因为生产“高能”的实验环境需要巨大的加速器而巨大的加速器又需要巨额的电力,欧洲大型强子对撞机(LHC)开始运行后需要周围两座核电站来为其供能,但饶是这样LHC目前的功率也已经不能满足高能物理学家们的需求了,所以欧洲目前打算再建一个功率更大的对撞机。

2014年北京高能物理研究所(所长是王贻芳)计划建造周长100公里的正负电子对撞击(CEPC),该对撞机的功率将是LHC的7倍以上,按照王贻芳的话说建成后中国将在未来20到30年成为世界高能物理研究中心。

有趣的是当年美国也想做“世界高能物理研究中心”

上世纪80年代美国准备建造一个超导超级对撞机(SSC)最初的预算是44亿美元,结果该项目到1993年的时候就因为经费超支被裁了,而此时整个项目的完成度还不到20%,隧道也才挖了三分之一,因而项目负责人很后悔当时没把预算报到200亿美元。

而同时期的欧洲LHC一开始的预算是26亿美元,2008年完工时已经花了90亿美元。尽管欧洲方面说这个项目并不是很亏,但明眼人都看出来这不过是死鸭子嘴硬而已。

美国和欧洲的经验都表明建造大型对撞机是非常非常烧钱的一项工程,而且最重要的是开弓没有回头箭,美国对撞机当年“花了20亿美元挖了个坑最后又把它填上”的及时止损行为虽然避免后续的烧钱,但照样也没少挨骂。

杨振宁只是反对中国现在建造,他提倡的是到20年或者30年后再建造大型对撞机

他认为高能物理领域想要取得突破绝非一朝一夕,而且就算取得了突破想要转化为生产力也还需要一个甚至几个世纪才行,因此中国目前完全没有必要拿出近千亿来建造一个并不能“定乾坤”的大型对撞机。

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对撞机是研究高能物理的必备神器。

可以说,当量子力学进入到超微观领域,这时候就需要大量的实验检验理论。

量子力学是研究微观世界的一门学科。而微观世界就是研究粒子的各种特性,比如自旋,动量等运动信息的领域。

在基本粒子中,它们都会相互转换。粒子除了自然形式下的转化以外,还有人工转换。

科研不仅仅需要捕获自然粒子,更重要地是可控的粒子形式。这时候就需要大型粒子对撞机了。

在粒子碰撞的实验中,我们可以寻找理论预测的新粒子,比如希格斯玻色子。还可以研究粒子之间的变化规律。

人类研究微观世界最得力的工具就是对撞机,没有对撞机,绝大部分量子力学的预言仅仅只能停留在纸面上。量子力学要想发展对撞机不可或缺。

以王贻芳为代表中国科学家主张建设自己的粒子对撞机

中国要想在基础科学领域追赶西方,必须有自己的杀手锏。对撞机则是研究量子力学最重要的设备,这不仅是研究,更重要地是可以吸收海外尖端人才来华,为我国培养大量的本土人才。依托对撞机建立一个高校学术圈,这样以来,中国就有自己的尖端领域研究中心了。

而杨振宁作为在世最伟大的科学家,他毕生都在高能物理中作研究,对粒子物理学再熟悉不过了。

杨振宁认为如果中国此时投入300亿建设粒子对撞机,是不划算的规划。

因为在上个世纪后半叶,西方已经用对撞机把高能物理探索完了,他用“盛宴已过”表达了高能物理的基础研究进度。

高能物理目前面临最大的问题就是寻找理论预测的新粒子,比如引力子。而这些粒子的探寻并不是建个更好的对撞机就可以解决,更重要地是运气。而这些理论预言正确与否还是个问题。用对撞机找理论预言的新粒子则是运气加运气的风险之举。

现在贸然用巨资打造对撞机只会挤压其他科研领域的经费。而高能物理又是长期投资,未来半个世纪都不一定看到成果。

纵观美国建设粒子对撞机的血泪史,预算起码会翻一翻,对撞机简直就是看不到低的无底洞。

如果耗费千亿资金建设大型粒子对撞机,最后只是重复一遍西方上个世纪的研究,那岂不是得不偿失,而且这种可能性并不低!

用这些钱投到生物科研领域都比高能物理见效更快,回报更明显。

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对撞机是什么?

对撞机最初是在高能同步加速器的基础上发展而来,就是建造相当长的“管道”加速两束粒子流,加速至一定速度时进行相撞,其目的是为了发现新的粒子,发现新的物理现象,从而打开一个新的研究课题,对于物理学的发展有促进作用。

目前世界上最大的粒子加速器是位于欧洲法国与瑞士交界处的大型强子对撞机,即著名的LHC。它的长度为27.358公里,于2008年9月10日启动初次测试,它是一个多国合作项目。

LHC的最大科学成果是发现了希格斯粒子,它又被称之为“上帝粒子”。这次发现对于当时的物理学研究有着重大意义,因为希格斯粒子是粒子物理标准模型中最为重要的一环,倘若没有发现希格斯粒子,那么粒子物理标准模型,这一上世纪下半叶重大的物理学成就可能会崩溃。

时至今日,对撞机作为高能物理研究中重要的设备一直备受大家关注。而我国也有着建设世界最大粒子对撞机的想法。

CEPC(正负电子对撞机)是我国准备建设的周长为100公里的大型粒子对撞机,项目分为2个阶段,第一个阶段先建设正负电子对撞机CEPC,第二个阶段是在此基础上建设SPPC(质子对撞机),建设SPPC需要满足2个前提:

1:建造质子对撞机的关键技术要有突破;

2:CEPC取得重大物理成果。

预计建造CEPC的费用为360亿元人民币。

对于是否建造CEPC,国内有两种看法:一是建造,二是现在不宜建造。主张建造的一方是中科院院士、中科院高能物理所所长王贻芳,主张现在不宜建造的一方是著名的诺贝尔物理学奖获得者杨振宁先生。

杨老并不是反对建设CEPC,而是说现在不宜建造CEPC。杨老反对现在建设CEPC的原因有以下几点:经费就像“无底洞”,后期不知道需要耗费多少钱,中国仍然是发展中国家,仍有许多民生问题需要解决。建设庞大的CEPC会挤压其它自然学科的经费,建设CEPC不一定会发现新物理,即便不建造CEPC,现今的物理学仍有许多重要方向值得研究,比如弦理论研究的几何结构、新加速器原理。建造成功后,工作研究人员大约有90%是由外国科学家组成的。

就我个人而言,我支持杨老的看法(虽然我的支持没有啥用),因为欧洲的LHC除了发现希格斯粒子以外,没有其它重要发现了,并且LHC后期的费用已经连续超支了,更何况它还是一个多国合作项目呢。原本说要发现的新物理——寻找超对称粒子,到现在也没有发现。当时美国说要建设的SSC项目最终因为经费的预算问题而停止了建造,即便美国没有建成SSC,美国的基础科研依旧是领先欧洲的。

你们的看法呢?

文/科学船坞

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对撞机,顾名思义就是让物质相互撞击的机器。这里的物质特指分子、原子、电子、质子、中子等等一些微观粒子。因为这些微观粒子想要把它们分开很难,想要研究它们的内部结构更难,如何提供能量把这些粒子的内部结构呈现到我们眼前呢?那就是超级对撞机。通过把这些微观粒子加速到亚光速,给予它们足够的动能,让后让它们迎头相撞,就像我们汽车相互撞击一样,直接撞的“稀巴烂”。这样,这里粒子就会被“撞碎”,从而显示出来内部结构来。粒子物理学上面很多基本粒子的发现,都是用对撞机撞出来的。

我们都知道一个质子由三个夸克组成,那么科学家如何验证呢?其实,如果用大型对撞机进行撞击,我们能够看到质子呈现了三个突出的结构,那么这些就是质子。只不过存在夸克禁闭,夸克无法单独存在,所以即便质子被“撞碎”分解为夸克,这些夸克也会瞬间从新排列组合,构建为新的粒子。而我们通过研究这个过程,就可以了解质子的构成已经探寻生成的粒子是不是我们要找的新粒子。

当然了,从上面的分析也可以看出,想要把粒子撞碎,关键就是要有足够的动能。也就是说,给粒子一个大的速度是必须的。特别是现在英国已经有了大型对撞机,如果粒子物理像再进一步,那么后来建造的对撞机必须要加速半径更大,这样才能够提供更多的能量,把那些比较“结实”的粒子也撞碎。

然而,建造大型对撞机是非常费钱的。上世界美国和英国曾经计划建造对撞机。结果没过本来预算44亿,刚开工没多久就花了20亿。所以,美国立马止损的停止了建造。而英国则选择的了继续建造,然后2008年花了比预算多花了84亿美元建造好了LHC的大型强子对撞机。

杨振宁反对我国建造大型对撞机,一个重要的参考依据就是觉得这玩意太费钱。对于我们来说,花费360亿在建立大型对撞机上面,还不如把钱投入在其它更为需要的地方。而且,现在的粒子物理学已经相当完美了,该发现的粒子也都发现了,建立这么个玩意也不一定会出什么巨大成果。所以,预期把巨额资金花费到建立大型对撞机上面,还不如多资助其它更有意义的科学项目。

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是否要花200亿美元建造大型对撞机争论其实已经持续了好几年,提倡建造的主要代表是王贻芳和丘成桐,反对建造的是杨振宁,双方在高能物理实验上面的争论已经很久,王贻芳的理由是高能物理研究是科研的方向,欧美国家在研究了几十年,我们也不能落后,杨振宁反对的理由是,高能物理研究已经过去几十年,欧美国家已经研究得差不多,我们已经没必要花天价去重复。

再者杨振宁反对的理由还有,就是我们国内的物理水平其实太差,特别是基础物理方面更是需要大量的投入培养,把这些钱用在培养基础物理方面的人才,给中国未来高端物理积累足够的人才,意识就是要我们先打好走路的基础,等自己走稳了再去学跑,高能物理在一百年内是不可能真正的能用到实际的,所以现在不急着去抢,应该把基础打好了才t有实力去争。

还有第三个理由就是对撞机的作用只是验证一些理论上的东西,在百年内完全不会真正做到主导科技的方向,所以应该把这些钱花在实用型科学研究上面,把大量的金钱和精力花在没有多大作用的事情上面会压缩了其他科研方面的投入,会直接造成了其他科研项目的资金不足从而影响了真正的现实国家利益。

第四个反对的理由是,中国目前没有这个技术去建造高能物理对撞机,对撞机的建造完全依赖国外技术,也就是说我们只是提供地方和提供钱,建造和使用都是外国人来主导,意思就是别人把我们当财主冤大头,美国之所以放弃建造大型对撞机的原因是看出来了建造这个没有任何好处还浪费钱,所以宁愿浪费了二十亿美元也要停止,不愿意跳入以后的无底洞。

当然王贻芳要建造大型对撞机的理由是现在不建以后就没机会了,还有一个理由就是,想通过建造大型对撞机来吸引外国团队进入中国,认为只有吸引外国团队进入才能提高中国的科学地位,对撞机是最符合吸引外国团队的一个高科技产品,看起来的确是有一点道理,但是怎么感觉就只是为了提高名声和影响力而已,并没有其他实际性意义。

吸引人才并不是你建造一台机器设备就可以的,真正能吸引人才并留下来服务的是你的科研环境,科研环境不只是科研设备一样,还有就是物理学的分为以及你这个地方的物理水平实力,没有实力别人只是会利用你根本不会跟你进行核心交流,美国没有对撞机为什么美国能吸引那么多人才过去,原因就是人家核心实力强大到根本不需要某一样东西来做诱饵。

其实有一个特别的现象就是,在发展的这几十年里面,我们有钱了以后发觉现在的人特别喜欢做一些面子形象工程,整天搞一些所谓的世界第一,世界最大,世界最高等等事情,好像要通过这些来证明自己厉害,其实这些有什么用呢,除了某一些人某一些地方增加一点名气以外一无是处,所谓的最大最高这些都只是搞名誉形象而已,劳民伤财啊!钱应该花在实用性的地方不应该花在虚的地方最后导致某些人得利。

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什么是对撞机

对撞机是指大型强子对装机,目前世界上最大的对撞机身处欧洲。

大型强子对撞机是在高能同步加速器基础上发展起来的一种装置,其主要作用是积累并加速相继由前级加速器注入的两束粒子流,到一定束流强度及一定能量时使其在相向运动状态下进行对撞,以产生足够高的相互作用反应率,从而便于测量。对撞机是测量高能粒子实验的仪器,目的是要发现“新粒子”,包括场能效粒子、超对称粒子、超额维度量子等。

大型强子对撞机是现代粒子物理学的一个奇迹,它使研究人员能够探测到现实世界的深处。它的起源可以追溯到1977年,20年后的1997年,该项目正式获得批准,并开始建造一个16.5英里(27公里)长的环形轨道,该轨道经过法国和瑞士边境,能够将粒子加速到99.99%的光速,并将它们撞击粉碎在一起。

这项工程耗费巨大,建造总共花费了80亿美元,来自60个不同国家的8000多名科学家参与了这项实验。

为什么杨振宁提出反对

杨振宁并没有反对中国建造大型强子对撞机,只不是他反对现在就开始建。

中国要建造的对撞机是一个比欧洲LHC大7倍的大型高能环形正负电子对撞机,其周长达到了50-70千米,这个工程分为一期和二期,第一期主要是建设高能正负电子对撞加速器,第二阶段则是将正负电子对撞升级为质子加速器,类似与欧洲的LHC,但比欧洲的LHC能级更高,工程总造价可能会达到千亿人民币

杨振宁给出的理由是:这项工程太费时间和钱了,而且他认为粒子物理似乎快到尽头了,这个建设可能会打水漂,没有多少进展。

其次杨振宁觉得虽然建造大型强子对撞机会对我国高能物理方面有帮助,但是国内还有许多更待解决的问题,比如教育、医疗等等,这么一大笔钱,应该放在最重要的地方,至于对撞机等未来时机成熟了再开始建更好。

不过中国的大型强子对撞机(CEPC)已经决定近几年开工了,既然如此那就预祝项目能取得成功吧。

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对撞机

对撞机其实是从回旋加速器逐渐发展而来的用于高能物理实验的装置。在对撞机中,带电粒子可以被电场加速到很高的能量状态,通过粒子的高速碰撞,来探究粒子的基本结构。早期的粒子加速设备仅可以让带电粒子在高压电场中加速一次,如果要获得较高的速度,就需要多级加速,受限于早期电场调频技术的限制,如果把多个加速装置串联起来,则设备体积会非常庞大。下图,电子加速仪。

到1930年,劳伦斯提出了回旋加速器的概念,其所依据的基本原理是带电粒子以某一速度垂直进入匀强磁场时会做匀速圆周运动。劳伦特设计的回旋加速器由两个半圆形的金属扁盒(D形盒)组成,D形盒放置于垂直的匀强磁场中,两个D形盒的间隙则充满了交变的加速电场,电场频率等于粒子在磁场中作圆周运动的频率。当带电粒子进入回旋加速器后,首先经过电场的加速从而进入匀强磁场,经过一个D形盒后会再次进入加速电场,因此带电粒子每运转一圈就会被加速两次,经过多级加速后,带电粒子就会获得较高的动能。

在回旋加速器中,带电粒子通常可以被加速到几十兆电子伏特,随着速度的进一步增加,粒子的相对论质量会明显变大,由于质量发生变化,其运动半径会发生变化从而无法在回旋加速器中稳定运行。对于这个问题,科学家想到了两种办法来解决,一种是逐渐增加磁场强度,从而抵消粒子质量增加带来的影响,这种方法发展出了扇形聚焦回旋加速器;第二种是改变电场的频率,以匹配粒子的加速周期问题,这种方法发展出了同步回旋加速器。两种加速器各有优劣,扇形聚焦回旋加速器需要消耗大量的电磁铁,因此其建造成本较高,而同步回旋加速器采用了调频技术,因此只能形成脉冲电子束。

对撞机是非常复杂的科学设备,因其加速粒子的不同,也有种类上的差异,但其工作流程都可以理解为对带电粒子的加速——对撞,要实现粒子的对撞效果,就要考虑粒子本身的性质了,如果被加速的带电粒子电性相反,通常一个加速环就能实现对撞,如果粒子的电性相同,则需要至少两个加速环。带电粒子在加速器中完成加速后会被引入对撞区,多种探测仪器用以飞行对撞结果。

目前世界上最大的对撞机是位于欧洲的大型强子对撞机,其圆形的加速隧道有27公里长,整个加速器放置于地下百米范围深处,整个加速隧道由超导磁铁覆盖,大型强子对撞机可以将两束对撞质子的能量提高到14Tev。

杨振宁先生反对建造大型对撞机的原因

科学研究一向都是非常烧钱的事情,建造大型对撞机的投入预计要超过一千亿人民币,这对于一个发展中国家来说,确实是不小的投入,中国目前也有许多领域急需资金来完成技术追赶,因此单从对撞机的资金投入方面,结合目前的国情,杨振宁先生并不支持当下的中国建造对撞机,而且中国缺少大型对撞机必要的运行与维护人才,如果引入西方人才参与对撞机的建造与运行,则有为他人作嫁衣的意思。

粒子对撞实验的一大内容是寻找超对称粒子,而超对称粒子本身是一种科学猜想,因此许多物理学家认为,通过对撞机寻找超对称粒子无异于大海捞针。即使没有大型对撞机,高能物理实验也有许多方向值得研究。

高能粒子对撞机诞生的半个多世纪以来,确实做出了很大的贡献,比如“上帝粒子”的发现,但高能物理学经过多年的发展后,许多重要的观念都已经有了,如果没有新的科学理论支撑,对撞机是很难做出成绩的,用杨振宁先生的话就是“The party is over(盛宴已过)”。

来说说杨振宁先生所反对建造的对撞机

目前中国最大的对撞机是北京正负电子对撞机,其能量仅有3~5GeV,为了到21世纪中叶占领基础物理高地,中国急需建造高能物理研究中心,从而培养相关人才,因此大型环形正负电子对撞机计划被提出。

CEPC(环形正负电子对撞机)是中国提出的新一代加速器概念,其第一阶段主要建造环形正负电子对撞机,这部分投入在30亿美元作用,可以对希格斯玻色子等标准模型粒子进行精确测量,如果一切顺利,将追加投入上百亿美元,用于第二阶段的建造,即超级质子对撞机(SPPC)。中国超级对撞机在建造规模上预计有52公里的周长,对撞能量将提升到70Tev,预计最晚2050年建造完成。

你支持建造CEPC吗?

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